Nanoröhren Messung des Energieflusses in Nanoröhren

Forscher aus Würzburg und Mailand ist es gelungen, die Größe von Exzitonen in Nanoröhren experimentell zu bestimmen.

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Würzburg - Professor Tobias Hertel von der Universität Würzburg untersucht, wie Nanoröhren Lichtenergie aufnehmen, weiterleiten oder wieder abgeben. „Das Wissen über diese Vorgänge ist grundlegend für spätere Anwendungen, etwa in der Photovoltaik oder der Fluoreszenz-Mikroskopie“, sagt der Inhaber des Lehrstuhls für Physikalische Chemie II. Gemeinsam mit Forschern aus Mailand hat seine Arbeitsgruppe jetzt (6,5)-Nanoröhren untersucht und den Energiefluss in den Nanoröhren beschrieben.

Exzitonen

Werden Nanoröhren mit Energie in Form von Laserpulsen beschossen, entstehen in dem Kohlenstoffgerüst Exzitonen - energetisch angeregte Elektronen, die sich auf Kreisbahnen bewegen und innerhalb der Nanoröhre mobil sind. Bislang ließ sich die Ausdehnung von Exzitonen in Festkörpern nur theoretisch berechnen. Den Forschern aus Mailand und Würzburg gelang es nun, die Größe von Exzitonen experimentell zu bestimmen. „Die Exzitonen in den Nanoröhren sind größer als angenommen“, sagt Tobias Hertel, „zwei millionstel Millimeter“. Das ist etwas größer als der Durchmesser der Röhren und hat zur Folge, dass sich die Exzitonen in den Röhren nur in zwei Richtungen bewegen können - wie ein großes Schiff, das in einem engen Kanal nur vor- oder rückwärts fahren kann, nicht aber seitwärts.

Nanoröhren als Fluoreszenzfarbstoffe

Sind die Exzitonen sehr mobil, erreichen sie mit hoher Wahrscheinlichkeit das Ende der Nanoröhren. In diesem Fall geben die Exzitonen die zuvor aufgenommene Energie nach Ansicht der Forscher fast komplett in Form von Wärme ab. Tobias Hertels Team will die Exzitonen dazu bringen, dass sie ihre Energie als Licht abstrahlen und fluoreszieren. „Eines unserer Ziele ist es, aus Nanoröhren fluoreszierende Farbstoffe für die biomedizinische Forschung zu entwickeln.“ Mit diesen Farbstoffen könnte sich zum Beispiel die Funktionsweise von Proteinen in Zellen nachweisen lassen.

Originalveröffentlichung: Lüer, L. et al.: Size and mobility of exzitons in (6, 5) carbon nanotubes, Nature Physics, online publiziert am 23. November 2008, doi:10.1038/nphys1149

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